JP2012167613A

JP2012167613A - エンジン

Info

Publication number: JP2012167613A
Application number: JP2011029812A
Authority: JP
Inventors: Yukari Araki; 夕加里荒木; Takasuke Shikita; 卓祐敷田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-02-15
Filing date: 2011-02-15
Publication date: 2012-09-06
Anticipated expiration: 2031-02-15
Also published as: JP5655614B2

Abstract

【課題】ブロック側ウォータジャケット１３の冷却液流通を停止してヘッド側ウォータジャケット１４のみに冷却液を流通させる形態の暖機を可能とするエンジン１において、設備コストの上昇を抑制しながらも、前記暖機中にブロック側ウォータジャケット１３内で冷却液が沸騰することを回避可能とする。
【解決手段】暖機が完了するまでは第１、第２サーモスタット８，９が共に閉弁して、ヘッド側ウォータジャケット１４とバイパス通路６とを閉ループとして冷却液を循環する。暖機が完了する前に第２サーモスタット９が開弁してブロック側ウォータジャケット１３とヘッド側ウォータジャケット１４とバイパス通路６とを閉ループとして冷却液を循環する。暖機が完了すると第１、第２サーモスタット８，９が共に開弁して、ヘッド側ウォータジャケット１４とブロック側ウォータジャケット１３とラジエータ通路２とを閉ループとして冷却液を循環させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリンダブロックのウォータジャケットとシリンダヘッドのウォータジャケットとに独立して冷却液を流通可能とする構成のエンジンに関する。

従来、シリンダブロックのウォータジャケットとシリンダヘッドのウォータジャケットとに独立して冷却液を流通可能とする構成のエンジンがある。

このようなエンジンでは、冷間始動するときに、ブロック側ウォータジャケットの冷却液流通を停止させて、ヘッド側ウォータジャケットのみに冷却液を流通させることにより、シリンダヘッドとシリンダブロックとを少ない温度差で速やかに昇温させる形態の暖機を行うことが可能になる。

このようなエンジンの暖機中において、仮にエンジンが高負荷運転されると、ブロック側ウォータジャケットに残留している冷却液が沸騰しやすくなる。

これに対し、例えば特許文献１では、前記暖機によってヘッド側ウォータジャケットから排出される冷却液温度が上昇する過程で、段階的に冷却液循環経路を変えるようにしているので、以下で説明する。

この特許文献１は、ヘッド側ウォータジャケットから排出される冷却液を冷却するためのラジエータ通路と、ヘッド側ウォータジャケットから排出される冷却液をラジエータをバイパスしてヘッド側ウォータジャケットとブロック側ウォータジャケットとに戻すためのバイパス通路と、第１、第２サーモスタットとを備えている。

第１サーモスタットは、ヘッド側ウォータジャケットから排出される冷却液を、ラジエータ通路に導入させる状態、バイパス通路に導入させる状態、あるいは前記両方の通路に導入させる状態のいずれかに切り替えるものである。

第２サーモスタットは、バイパス通路に導入された冷却液を、ヘッド側ウォータジャケットに導入させる状態、ブロック側ウォータジャケットに導入させる状態、あるいは前記両方のウォータジャケットに導入させる状態のいずれかに切り替えるものである。

そして、冷間始動すると、第１、第２サーモスタットが閉弁して、ヘッド側ウォータジャケットから排出される冷却液をバイパス通路を経てヘッド側ウォータジャケットのみに戻すことにより、シリンダヘッドとシリンダブロックとを少ない温度差で速やかに昇温させる形態の暖機を行う。

この暖機によってヘッド側ウォータジャケットから排出される冷却液の温度が上昇して第３所定温度Ｔ３に到達すると、第２サーモスタットによってヘッド側ウォータジャケットから排出される冷却液をバイパス通路を経てヘッド側ウォータジャケットとブロック側ウォータジャケットとに並列に導入させる。但し、ブロック側ウォータジャケットへの冷却液導入量は少量とされる。

前記ヘッド側ウォータジャケットから排出される冷却液の温度がさらに上昇して第１所定温度Ｔ１に到達すると、第２サーモスタットによってヘッド側ウォータジャケットから排出される冷却液をバイパス通路を経てブロック側ウォータジャケットからヘッド側ウォータジャケットへと直列に流通させる状態にする。

前記ヘッド側ウォータジャケットから排出される冷却液温度がさらに上昇して第２所定温度Ｔ２に到達すると、第１サーモスタットによってヘッド側ウォータジャケットから排出される冷却液をラジエータ通路に流通させて冷却する状態にするとともに、ヘッド側ウォータジャケットから排出される冷却液をバイパス通路を経てブロック側ウォータジャケットからヘッド側ウォータジャケットに直列に流通させる状態にする。

ところで、この特許文献１では、エンジンの暖機中においてエンジンを高負荷運転することによってブロック側ウォータジャケットに残留している冷却液の温度が急上昇したときに、沸騰する前に前記第２サーモスタットで素早くブロック側ウォータジャケットに冷却液を流通させる状態に移行させるために、第２サーモスタットの作動温度（前記第３所定温度Ｔ３、ブロック側ウォータジャケットへの冷却液流通を許可するための閾値）を、前記第２サーモスタットの冷却液温度変化に対する応答遅れ分を見込んで低めに設定している。

特開２００９−９７３５２号公報（特に段落００７８〜００８１、図２〜図４、図１０参照）

上記特許文献１に係る従来例では、前記暖機中においてブロック側ウォータジャケットに残留している冷却液の温度が急上昇したときに、前記第２サーモスタットで素早くブロック側ウォータジャケットに冷却液を流通させる状態に移行させるために、前記したように第２サーモスタットの作動温度を低めに設定している。そのようにするには前記第２サーモスタットの感温部の特性を専用設計する必要があるので、当該第２サーモスタットについては簡単かつ安価に入手できる汎用品を使うことができなくなる。

このような事情に鑑み、本発明は、ブロック側ウォータジャケットの冷却液流通を停止してヘッド側ウォータジャケットのみに冷却液を流通させる形態の暖機を可能とするエンジンにおいて、設備コストの上昇を抑制しながらも、前記暖機中にブロック側ウォータジャケット内で冷却液が沸騰することを回避可能とすることを目的としている。

本発明に係るエンジンは、冷却液が暖機完了温度未満のときにウォータポンプの作動に伴いヘッド側ウォータジャケットから排出される冷却液をラジエータに流通させずにヘッド側ウォータジャケットに戻す暖機循環経路を作り、前記冷却液が前記暖機完了温度以上になるとヘッド側ウォータジャケットから排出される冷却液をラジエータを流通させてヘッド側ウォータジャケットに戻す温調循環経路を作るための第１サーモスタットと、冷却液が前記暖機完了温度よりも低く設定される第２設定温度未満のときにブロック側ウォータジャケットの冷却液流通を停止させる状態にして、前記冷却液が前記第２設定温度以上になるとブロック側ウォータジャケットの冷却液流通を許容させる状態にするための第２サーモスタットとを備え、前記第２サーモスタットよりも冷却液流通方向の上流側領域には、エンジンの排気熱を回収する熱交換器が冷却液と熱交換可能に設けられている、ことを特徴としている。

なお、サーモスタットとは自動車関連業界において温度感知型自動作動弁のことを意味している。そもそも、エンジンの冷間始動時には、一般に、シリンダヘッドのほうがシリンダブロックよりも昇温しやすくなる。

この点を考慮し、本発明では、エンジンの冷間始動に、第１、第２サーモスタットによって、ブロック側ウォータジャケットの冷却液流通を停止して、ヘッド側ウォータジャケットの排出口から排出される冷却液をラジエータに流通させずにヘッド側ウォータジャケットの導入口に戻す暖機循環経路を作るから、シリンダブロックとシリンダヘッドとを可及的に温度差が生じないようにしたうえで速やかに昇温させることが可能になる。

そして、暖機完了していないが、ある程度冷却液の温度が上昇すると、シリンダブロックの温度も上昇するので、第２サーモスタットがブロック側ウォータジャケットにも冷却液を流通させる状態にする。これにより、シリンダブロックとシリンダヘッドとを可及的に温度差が生じないようにしたうえで速やかに昇温させることが可能になる。

さらに、暖機が完了すると、第１サーモスタットで冷却液をラジエータに流通させる温調循環経路を作るようにする。これにより、シリンダヘッドおよびシリンダブロックの熱を冷却液で回収してラジエータで大気に発散させることが可能になる。

ところで、エンジンの暖機中に、万一、エンジンが高負荷運転されると、シリンダボアの温度が急上昇する傾向になってブロック側ウォータジャケット内に残留している冷却液が沸騰しやすくなる。それと同時にエンジンからの排気量が増えるとともに排気熱が上昇することになるので、熱交換器で回収する熱容量が大きくなり、この熱交換器によって前記第２サーモスタットよりも冷却液流通方向の上流側領域の冷却液が速やかに昇温させられることになる。

これにより、前記領域の冷却液の温度が短時間で第２設定温度に到達することになるので、通常負荷運転の場合に比べて早期に第２サーモスタットがブロック側ウォータジャケットの冷却液流通を許容させる状態にすることになる。その結果、ブロック側ウォータジャケット内で冷却液が沸騰せずに済むようになる。

しかも、このように既存の構成である熱交換器を利用して第２サーモスタットを早期に作動させるようにしているだけであって、従来例のように第２サーモスタットの感温部の特性を専用設計するといった必要がないので、この第２サーモスタットについて簡単かつ安価に入手できる汎用品を使うことが可能になるなど、設備コストの無駄な上昇を抑制できるようになる。

好ましくは、本発明に係るエンジンは、ヘッド側ウォータジャケットの排出口と導入口とを連通連結するとともに途中にラジエータが設けられるラジエータ通路と、このラジエータ通路においてラジエータよりもヘッド側ウォータジャケットの導入口寄りに設けられるウォータポンプと、前記ラジエータ通路においてラジエータの上流側と下流側とに前記ラジエータをバイパスするように接続されるバイパス通路と、前記ブロック側ウォータジャケットの導入口を前記ラジエータ通路において前記ウォータポンプの吐出側に接続するための中継路とを備え、前記ヘッド側ウォータジャケットの排出口には前記ブロック側ウォータジャケットの冷却液排出側が接続されており、前記第１サーモスタットは、前記ラジエータ通路において前記バイパス通路の下流側との合流部よりも前記ウォータポンプ寄りに設けられ、かつ前記合流部を流通する冷却液温度が暖機完了温度未満のときに前記ラジエータ通路を閉塞して前記暖機循環経路を作り、前記冷却液温度が前記暖機完了温度以上になると前記ラジエータ通路を開放して前記温調循環経路を作るものとされ、前記第２サーモスタットは、前記中継路に設けられ、かつ前記中継路内の冷却液温度が前記第２設定温度未満のときに前記中継路を閉塞して、前記冷却液温度が前記第２設定温度以上になると前記中継路を開放するものとされ、前記熱交換器は、前記中継路において前記第２サーモスタットよりもウォータポンプ寄りに設けられている。

ここでは、ブロック側ウォータジャケットおよびヘッド側ウォータジャケットに冷却液を循環させるための構成を特定しているとともに、第１、第２サーモスタットならびに熱交換器の設置場所を特定している。これにより、暖機の進展に伴いブロック側ウォータジャケットとヘッド側ウォータジャケットとに対する冷却液の流通形態が明らかになるとともに、比較的簡易な構成であることが明らかになる。

好ましくは、本発明に係るエンジンは、ヘッド側ウォータジャケットの排出口と導入口とを連通連結するとともに途中にラジエータが設けられるラジエータ通路と、このラジエータ通路においてラジエータよりもヘッド側ウォータジャケットの導入口寄りに設けられるウォータポンプと、前記ラジエータ通路においてラジエータの上流側と下流側とに前記ラジエータをバイパスするように接続されるバイパス通路と、前記ブロック側ウォータジャケットの排出口をラジエータ通路においてヘッド側ウォータジャケットの排出口寄り位置に接続するための排出側中継路と、前記ブロック側ウォータジャケットの導入口を前記ラジエータ通路において前記ウォータポンプの吐出側に接続するための導入側中継路とを備え、前記第１サーモスタットは、前記ラジエータ通路において前記バイパス通路の下流側との合流部よりも前記ウォータポンプ寄りに設けられ、かつ前記合流部を流通する冷却液温度が暖機完了温度未満のときに前記ラジエータ通路を閉塞して前記暖機循環経路を作り、前記冷却液温度が前記暖機完了温度以上になると前記ラジエータ通路を開放して前記温調循環経路を作るものとされ、前記第２サーモスタットは、前記排出側中継路に設けられ、かつ当該排出側中継路内の冷却液温度が前記第２設定温度未満のときに前記排出側中継路を閉塞して、前記冷却液温度が前記第２設定温度以上になると前記排出側中継路を開放するものとされ、前記熱交換器は、前記排出側中継路において前記第２サーモスタットよりも前記ブロック側ウォータジャケットの排出口寄りに設けられている。

好ましくは、前記熱交換器はＥＧＲシステムのＥＧＲクーラとされる。

ここでは、熱交換器を特定している。ＥＧＲシステムは、エンジンから排出される排気の一部をエンジンの吸気系に戻すことによりＮＯｘの発生を抑制するものであって、ＥＧＲクーラは、エンジンから排出される排気の熱を吸収して当該排気を冷却するものである。一般に、エンジンを高負荷で運転すると、エンジンからの排気量が増えるとともに排気熱が上昇することになり、このようなＥＧＲクーラで回収する高温熱が第２サーモスタットよりも冷却液流通方向の上流側領域の冷却液に伝達されることになるので、この冷却液が速やかに昇温されることになる。

好ましくは、前記ウォータポンプは、クランクシャフトの回転動力で駆動される機械式とされる。

この構成では、クランクシャフトの回転数の高低変化に応答してウォータポンプの回転数が変化することになる。特に、暖機中においてエンジンが高負荷高回転で運転されると、シリンダヘッドの温度が急上昇するようになる。

しかしながら、その際、ウォータポンプの回転数も上昇するために、このウォータポンプの吸入側圧力が低下する。これにより、前記吸入側圧力が負圧になると、この負圧力によって、前記ウォータポンプの吸入側に配置される第１サーモスタットの弁体が強制的に吸引変位させられて当該第１サーモスタットが強制的に開弁されることがある。

このように第１サーモスタットが強制開弁されると、ヘッド側ウォータジャケットから排出される冷却液がラジエータで冷却されるようになるとともに、この冷却された冷却液がヘッド側ウォータジャケットに導入されるようになる。しかもウォータポンプの回転数上昇に伴いヘッド側ウォータジャケットに導入される冷却液の量が増える。これらの相乗により、シリンダヘッドの温度が急上昇することが避けられるようになる。

本発明は、ブロック側ウォータジャケットの冷却液流通を停止してヘッド側ウォータジャケットのみに冷却液を流通させる形態の暖機を可能とするエンジンにおいて、設備コストの上昇を抑制しながらも、前記暖機中にブロック側ウォータジャケット内で冷却液が沸騰することを回避することが可能になる。

本発明に係るエンジンの一実施形態で、その冷却系の構成を模式的に示す図であって、第１、第２サーモスタットが閉弁しているときの冷却液循環経路を説明する図である。図１において第２サーモスタットが開弁したときの冷却液循環経路を説明するための図である。図１において第１、第２サーモスタットが開弁したときの冷却液循環経路を説明するための図である。図１から図３の第１サーモスタットの構成を示す断面図であり、閉弁状態を示している。図４の第１サーモスタットの開弁状態を示す断面図である。図１から図３の第２サーモスタットの構成を示す断面図であり、閉弁状態を示している。図６の第２サーモスタットの開弁状態を示す断面図である。本発明に係るエンジンの他の実施形態で、その冷却系の構成を模式的に示す図であって、第１、第２サーモスタットが閉弁しているときの冷却液循環経路を説明する図である。図８において第２サーモスタットが開弁したときの冷却液循環経路を説明するための図である。図８において第１、第２サーモスタットが開弁したときの冷却液循環経路を説明するための図である。

以下、本発明を実施するための最良の実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。

図１から図７に、本発明の一実施形態を示している。この実施形態では直列多気筒型のエンジンを例に挙げて説明する。図１に示すエンジン１は、シリンダブロック１１とシリンダヘッド１２とを少なくとも備えている。

シリンダブロック１１内にはウォータジャケット１３が設けられている。また、シリンダヘッド１２内にはウォータジャケット１４が設けられている。これらブロック側ウォータジャケット１３およびヘッド側ウォータジャケット１４が冷却液（ロングライフクーラントＬＬＣと呼ばれる不凍液など）の内部通路である。

なお、この実施形態でのシリンダブロック１１はクローズドデッキタイプと呼ばれるものであって、ブロック側ウォータジャケット１３とヘッド側ウォータジャケット１４とを連通させていない。

ヘッド側ウォータジャケット１４の冷却液の導入口１５は、シリンダヘッド１２において気筒配列方向の一端（例えば前端）面に設けられている。ヘッド側ウォータジャケット１４の冷却液の排出口１６は、シリンダヘッド１２において気筒配列方向の他端（例えば後端）面に設けられている。

ブロック側ウォータジャケット１３の冷却液の導入口１７は、シリンダブロック１１において気筒配列方向の一端（例えば前端）面の下方に設けられている。また、ブロック側ウォータジャケット１３の冷却液排出側はヘッド側ウォータジャケット１４の排出口１６寄り位置に接続されている。つまり、ヘッド側ウォータジャケット１４の排出口１６は、ヘッド側ウォータジャケット１４の排出口とブロック側ウォータジャケット１３の排出口とを兼ねる共通排出口になっている。

ヘッド側ウォータジャケット１４の排出口１６と導入口１５とには、ラジエータ通路２が連通連結されている。

このラジエータ通路２には、ウォータポンプ４およびラジエータ５が設けられている。ウォータポンプ４は、ラジエータ通路２においてヘッド側ウォータジャケット１４の導入口１５寄り位置に設けられている。このウォータポンプ４は、図示していないがクランクシャフトの回転を動力伝達装置（例えばプーリやベルトなどを含む）で伝達されて作動する機械式ウォータポンプとされている。なお、ウォータポンプ４は電動式ウォータポンプとすることも可能である。

ラジエータ５は、冷却液の熱を大気に発散させるための熱交換器であり、ラジエータ通路２においてウォータポンプ４よりも冷却液流通方向の上流側に設けられている。

また、ラジエータ通路２においてラジエータ５の上流側と下流側とには、ラジエータ５をバイパスするためのバイパス通路６が接続されている。このバイパス通路６においてラジエータ通路２との上流側接続部分寄り位置には、ヒータコア７が設けられている。このヒータコア７は車両室内を暖房するための熱交換器である。

さらに、ラジエータ通路２においてバイパス通路６の下流側合流部よりも冷却液流通方向上流側には第１サーモスタット８が設けられている。そして、ラジエータ通路２においてウォータポンプ４の下流側は、ブロック側ウォータジャケット１３の導入口１７に導入側中継路３を介して接続されていて、この導入側中継路３には第２サーモスタット９が設けられている。

さらに、この導入側中継路３において第２サーモスタット９よりも冷却液流通方向の上流側には、ＥＧＲシステム（図示省略）のＥＧＲクーラ１０が設けられている。

このＥＧＲクーラ１０は、エンジン１から排出される排気の一部をエンジン１の吸気系（図示省略）に戻すことによりＮＯｘの発生を抑制するためのＥＧＲシステムに備えられるものであって、前記吸気系に戻す排気の熱を吸収して当該排気を冷却するための熱交換器である。このＥＧＲクーラ１０は、前記した導入側中継路３内の冷却液と熱交換することが可能な状態で設置されている。

このようなエンジン１の内部通路（ウォータジャケット１３，１４）と外部通路（ラジエータ通路２、バイパス通路６、導入側中継路３）とによって適宜の閉ループの冷却液循環路が作られるようになる。

なお、第１、第２サーモスタット８，９は、公知の構成であるので簡単に説明するが、図４から図７に示すように、主として、フレーム８１，９１、サーモアクチュエータ８２，９２、弁体８３，９３などを備えている。

フレーム８１，９１は、弁体８３，９３の弁座となるリングプレート８１１，９１１にアッパーアーチ８１２，９１２とロアーアーチ８１３，９１３とガイドロッド８１４，９１４とを設けた構成である。

サーモアクチュエータ８２，９２は、冷却液の温度変化を感知して弁体８３，９３を変位させるための駆動源であり、フレーム８１，９１に支持されている。

弁体８３，９３はフレーム８１，９１のリングプレート８１１，９１１の中心孔（符号省略）を開閉するものである。なお、弁体８３，９３がリングプレート８１１，９１１の中心孔を開いた状態が開弁状態であり、塞いだ状態が閉弁状態である。この弁体８３，９３は、円筒形圧縮コイルスプリング８４，９４により閉弁状態になるように付勢されている。

このような構成の第１、第２サーモスタット８，９の動作としては、サーモアクチュエータ８２，９２のシリンダ８２１，９２１内のサーモワックスが導入側中継路３、バイパス通路６内の冷却液温度の高低変化に反応して溶融膨張または凝固収縮することによってシリンダ８２１，９２１がガイドロッド８１４，９１４に沿って中心軸線方向に進退変位し、当該シリンダ８２１，９２１に固定された弁体８３，９３でもって導入側中継路３、ラジエータ通路２を開閉するような構成になっている。

具体的に、第１サーモスタット８は、バイパス通路６内の冷却液温度が暖機完了温度（例えば８０℃〜８４℃）に基づいて設定される第１設定温度未満になると、サーモワックスが凝固収縮してワックス圧が低くなるので、図４に示すように弁体８３が自動的に閉弁状態になってラジエータ通路２からウォータポンプ４への冷却液の流通を停止させる状態にする一方、バイパス通路６内の冷却液温度が第１設定温度以上になると、サーモワックスが溶融膨張されてワックス圧が高くなるので、図５に示すように弁体８３が自動的に開弁状態になってラジエータ通路２からウォータポンプ４へ冷却液を流通させる状態にする。そして、第１サーモスタット８は、弁体８３の開閉状態に関係無くバイパス通路６からウォータポンプ４へ冷却液を常に流通させる状態にする。

また、第２サーモスタット９は、その冷却液流通方向上流側の導入側中継路３の冷却液温度が前記第１設定温度よりも低く設定される第２設定温度（例えば６０℃〜６５℃）未満になると、サーモワックスが凝固収縮してワックス圧が低くなるので、図６に示すように弁体９３が自動的に閉弁して導入側中継路３からブロック側ウォータージャケット１３への冷却液の流通を停止させる状態にする一方、前記冷却液温度が前記第２設定温度以上になると、サーモワックスが溶融膨張されてワックス圧が高くなるので、図７に示すように弁体９３が自動的に開弁して導入側中継路３からブロック側ウォータージャケット１３へ冷却液を流通させる状態にする。

次に、図１から図３を参照してエンジン１の作動に伴う冷却液の循環経路を説明する。

まず、エンジン１を冷間始動させた場合、つまり第１、第２サーモスタット８，９が共に閉弁している状態でエンジン１を始動させた場合には、図１の実線で示すように、ウォータポンプ４の作動に伴いヘッド側ウォータジャケット１４内の冷却液がシリンダヘッド１２の排出口１６からラジエータ通路２に排出されることになる。この冷却液はラジエータ５を通過せずにバイパス通路６を経てヘッド側ウォータジャケット１４の導入口１５に戻される。

この場合、ヘッド側ウォータジャケット１４とバイパス通路６とによって作られる閉ループを冷却液が循環するようになる。これにより、ヘッド側ウォータジャケット１４を冷却液が繰り返し流通する際に冷却液がシリンダヘッド１２の特に燃焼室近傍の熱を吸収して昇温が促進されるようになる。

そして、導入側中継路３において第２サーモスタット９の上流側の冷却液温度が第２設定温度以上になると、第２サーモスタット９が自動的に開弁する。これにより、図２の一点鎖線で示すように、ウォータポンプ４の作動に伴いブロック側ウォータジャケット１３内の冷却液およびヘッド側ウォータジャケット１４内の冷却液がシリンダヘッド１２の排出口１６からラジエータ通路２に排出されることになる。この冷却液はラジエータ５を通過せずにバイパス通路６を経てヘッド側ウォータジャケット１４の導入口１５およびブロック側ウォータジャケット１３の導入口１７に戻される。

この場合、ブロック側ウォータジャケット１３およびヘッド側ウォータジャケット１４と、バイパス通路６と、導入側中継路３とによって作られる閉ループを冷却液が循環するようになる。これにより、ヘッド側ウォータジャケット１４を冷却液が繰り返し流通する際に冷却液がシリンダヘッド１２の特に燃焼室近傍の熱を吸収して昇温が促進されるようになり、また、ブロック側ウォータジャケット１３を冷却液が繰り返し流通する際に冷却液がシリンダボアの熱を吸収して昇温が促進されるようになる。

さらに、バイパス通路６において第１サーモスタット８近傍の冷却液温度が第１設定温度以上になると、第１サーモスタット８が自動的に開弁し、図３の二点鎖線で示すように、ウォータポンプ４の作動に伴いブロック側ウォータジャケット１３内の冷却液およびヘッド側ウォータジャケット１４内の冷却液がシリンダヘッド１２の排出口１６からラジエータ通路２に排出されることになる。この冷却液はラジエータ５を通過することによって冷却されてからヘッド側ウォータジャケット１４の導入口１５およびブロック側ウォータジャケット１３の導入口１７に戻される。その一方で、シリンダヘッド１２の排出口１６からラジエータ通路２に排出される冷却液はさらにバイパス通路６を経てヘッド側ウォータジャケット１４の導入口１５およびブロック側ウォータジャケット１３の導入口１７に戻されるようにもなる。

この場合、ブロック側ウォータジャケット１３およびヘッド側ウォータジャケット１４と、ラジエータ通路２と、バイパス通路６と、導入側中継路３とによって作られる閉ループを冷却液が循環するようになる。これにより、シリンダヘッド１１およびシリンダブロック１２の熱を冷却液で回収してラジエータ５で大気に発散させるようになるから、冷却液およびエンジン１の温度が一定範囲内に調整されることになる。

以上説明したように、要するに、エンジン１の冷間始動時には、シリンダヘッド１２のほうがシリンダブロック１１よりも昇温しやすいことを考慮して、エンジン１の冷間始動に伴う暖機中に、ブロック側ウォータジャケット１３への冷却液流通を停止して、ヘッド側ウォータジャケットの排出口から排出される冷却液をラジエータに流通させずにヘッド側ウォータジャケットの導入口に戻す暖機循環経路を作るようにしているので、シリンダブロック１１とシリンダヘッド１２とを可及的に温度差が生じないようにしたうえで速やかに昇温させることが可能になる。

そして、暖機完了していないが、冷却液の温度およびシリンダブロック１１の温度がある程度上昇すると、第２サーモスタット９がブロック側ウォータジャケット１３にも冷却液を流通させる状態にする。これにより、シリンダブロック１１とシリンダヘッド１２とを可及的に温度差が生じないようにしたうえで速やかに昇温させることが可能になる。

さらに、暖機が完了すると、第１サーモスタット８で冷却液をラジエータ５に流通させる温調循環経路を作るようにする。これにより、シリンダブロック１１およびシリンダヘッド１２の熱を冷却液で回収してラジエータ５で大気に発散させることが可能になる。

ところで、エンジン１の暖機中にエンジン１を高負荷で運転すると、通常負荷運転時に比べてシリンダボアの温度が急上昇する傾向になってブロック側ウォータジャケット１３内に残留している冷却液が早期に沸騰しやすくなる。

このような状況でも、この実施形態の構成では、第２サーモスタット９の開弁タイミングを可及的に早くできるように工夫しているので、以下で詳しく説明する。

この実施形態では、既に説明しているが、エンジン１に装着されているＥＧＲシステムのＥＧＲクーラ１０を第２サーモスタット９の上流側に設置している。

そもそも、ＥＧＲクーラ１０は、エンジン１の排気熱を吸収して放熱させるための熱交換器であって、エンジン１が高負荷運転されるとエンジン１からの排気量が増えるとともに排気熱が上昇することになるために、ＥＧＲクーラ１０の温度が上昇しやすくなる。

このようなＥＧＲクーラ１０を第２サーモスタット９の上流側に設置している構成であれば、エンジン１を高負荷運転したときにＥＧＲクーラ１０で回収する高温熱によって第２サーモスタット９の冷却液流通方向の上流側領域の冷却液の温度が通常負荷運転時に比べて早期に上昇させられることになり、それに伴い前記領域の冷却液温度が前記第２設定温度以上になるまでに要する時間が通常負荷運転時に比べて短くなる。

これにより、第２サーモスタット９が通常負荷運転の場合に比べて早期にブロック側ウォータジャケット１３の冷却液流通を許容させる開弁状態になるので、バイパス通路６から供給される冷却液がヘッド側ウォータジャケット１４に導入されるだけでなく導入側中継路３を経てブロック側ウォータジャケット１３にも導入されるようになる。そのため、ブロック側ウォータジャケット１３を流通する冷却液でシリンダブロック１３が冷却されることになるので、ブロック側ウォータジャケット１３内で冷却液が沸騰するといった不具合の発生を確実に回避できるようになる。

以上説明したように本発明を適用した実施形態では、エンジン１の冷間始動に伴う暖機中にブロック側ウォータジャケット１３への冷却液流通を停止してヘッド側ウォータジャケット１４のみに冷却液を流通させる暖機循環経路を作ることによりシリンダブロック１１とシリンダヘッド１２とに温度差を生じさせずに昇温させることを可能にした構成において、万一、エンジン１が高負荷運転されることによってブロック側ウォータジャケット１３内の冷却液が沸騰しやすくなる状況になったとしても、ＥＧＲクーラ１０で回収する排気熱を利用することによって第２サーモスタット９を可及的速やかに開弁させることが可能になる。

そのため、前記のような状況においてもブロック側ウォータジャケット１３に冷却液を流通させる状態にしてシリンダブロック１１を冷却することができるので、ブロック側ウォータジャケット１３内で冷却液が沸騰するといった不具合の発生を確実に回避できるようになるなど、エンジン１の信頼性向上に大きく貢献できるようになる。

しかも、この実施形態では、第２サーモスタット９を早期作動させるために既存の構成要素であるＥＧＲクーラ１０を第２サーモスタット９の上流側に配置するだけであって、特別な構成要素を必要としていないばかりか、従来例のように第２サーモスタット９の感温部の特性を専用設計するといった必要がない。したがって、この実施形態では、第２サーモスタット９について簡単かつ安価に入手できる汎用品を使うことが可能になるなど、比較的簡易な構成で事足りるので、エンジン１の冷却系の設備コストの無駄な上昇を抑制できるようになる。

なお、本発明は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内および当該範囲と均等の範囲内で適宜に変更することが可能である。

（１）図８から図１０に本発明の他の実施形態を示している。この実施形態では、主として第２サーモスタット９およびＥＧＲクーラ１０の設置場所が上記実施形態と異なる。その他の構成は上記実施形態と基本的に同じになっている。

この実施形態では、ブロック側ウォータジャケット１３の排出口１８がシリンダブロック１１の他端（例えば後端）面に設けられており、さらに、このシリンダブロック１１の排出口１８はラジエータ通路２においてヘッド側ウォータジャケット１４の排出口１６寄りに排出側中継路２１を介して連通連結されている。そして、上記実施形態において導入側中継路３に設置していた第２サーモスタット９およびＥＧＲクーラ１０は、前記排出側中継路２１に設置されている。

図８から図１０を参照して、エンジン１の作動に伴う冷却液の循環経路を説明する。

まず、エンジン１を冷間始動させた場合、つまり第１、第２サーモスタット８，９が共に閉弁している状態でエンジン１を始動させた場合には、図８の実線で示すように、ウォータポンプ４の作動に伴いヘッド側ウォータジャケット１４内の冷却液が排出口１６からラジエータ通路２に排出されることになる。この冷却液はラジエータ５を通過せずにバイパス通路６を経てヘッド側ウォータジャケット１４の導入口１５に戻される。

そして、排出側中継路２１において第２サーモスタット９の上流側の冷却液温度が第２設定温度以上になると、第２サーモスタット９が自動的に開弁する。これにより、図９の一点鎖線で示すように、ウォータポンプ４の作動に伴いヘッド側ウォータジャケット１４内の冷却液が排出口１６からラジエータ通路２に排出されることになるとともに、ブロック側ウォータジャケット１３内の冷却液が排出口１８から排出側中継路２１を経てラジエータ通路２に排出されることになる。これらの冷却液はラジエータ５を通過せずにバイパス通路６を経てヘッド側導入口１５およびブロック側導入口１７に戻される。

この場合、ブロック側ウォータジャケット１３およびヘッド側ウォータジャケット１４と、バイパス通路６と、導入側中継路３と、排出側中継路２１とによって作られる閉ループを冷却液が循環するようになる。これにより、ヘッド側ウォータジャケット１４を冷却液が繰り返し流通する際に冷却液がシリンダヘッド１２の特に燃焼室近傍の熱を吸収して昇温が促進されるようになり、また、ブロック側ウォータジャケット１３を冷却液が繰り返し流通する際に冷却液がシリンダボアの熱を吸収して昇温が促進されるようになる。

さらに、バイパス通路６において第１サーモスタット８近傍の冷却液温度が第１設定温度以上になると、第１サーモスタット８が自動的に開弁し、図１０の二点鎖線で示すように、ウォータポンプ４の作動に伴いヘッド側ウォータジャケット１４内の冷却液が排出口１６からラジエータ通路２に排出されることになるとともに、ブロック側ウォータジャケット１３内の冷却液が排出口１８から排出側中継路２１を経てラジエータ通路２に排出されることになる。これらの冷却液はラジエータ５を通過することによって冷却されてからヘッド側ウォータジャケット１４の導入口１５およびブロック側ウォータジャケット１３の導入口１７に戻される。その一方で、ヘッド側ウォータジャケット１４の排出口１６およびブロック側ウォータジャケット１３の排出口１８からそれぞれラジエータ通路２に排出される冷却液はさらにバイパス通路６を経てヘッド側ウォータジャケット１４の導入口１５およびブロック側ウォータジャケット１３の導入口１７に戻されるようにもなる。

この場合、ブロック側ウォータジャケット１３およびヘッド側ウォータジャケット１４と、ラジエータ通路２と、バイパス通路６と、導入側中継路３と、排出側中継路２１とによって作られる閉ループを冷却液が循環するようになる。これにより、シリンダヘッド１１およびシリンダブロック１２の熱を冷却液で回収してラジエータ５で大気に発散させるようになるから、冷却液およびエンジン１の温度が一定範囲内に調整されることになる。

このような状況でも、この実施形態の構成では、第２サーモスタット９の開弁タイミングを可及的に早くできるようになるので、以下で詳しく説明する。

つまり、エンジン１の暖機中にエンジン１を高負荷運転すると、上記実施形態で説明したようにＥＧＲクーラ１０の熱を受けた冷却液によって第２サーモスタット９が通常負荷運転時に比べて早期に開弁するようになる。そのために、ヘッド側ウォータジャケット１４の排出口１６およびブロック側ウォータジャケット１３の排出口１８からバイパス通路６に排出された冷却液がヘッド側ウォータジャケット１４だけでなくブロック側ウォータジャケット１３にも流通されるようになる。

これにより、ブロック側ウォータジャケット１３を流通する冷却液でシリンダブロック１３が冷却されることになるので、ブロック側ウォータジャケット１３内で冷却液が沸騰するといった不具合の発生を確実に回避できるようになる。このように、この実施形態の場合も上記実施形態と同様の作用、効果が得られる。

（２）上記実施形態では、第２サーモスタット９の上流側に設置する熱交換器をＥＧＲクーラ１０にした例を挙げているが、本発明はこれに限定されるものではない。前記熱交換器は、図示していないが、例えばエンジン１に取り付けられる排気管途中に設置される排気熱回収器とすることが可能である。

本発明は、例えばシリンダブロックのウォータジャケットとシリンダヘッドのウォータジャケットとに独立して冷却液を流通可能とする構成のエンジンに適用することが可能である。

１エンジン
１１シリンダブロック
１２シリンダヘッド
１３ブロック側ウォータジャケット
１４ヘッド側ウォータジャケット
１５ヘッド側ウォータジャケットの導入口
１６ヘッド側ウォータジャケットの排出口
１７ブロック側ウォータジャケットの導入口
２ラジエータ通路
３導入側中継路
４ウォータポンプ
５ラジエータ
６バイパス通路
８第１サーモスタット
９第２サーモスタット
１０ＥＧＲクーラ（熱交換器）

Claims

冷却液が暖機完了温度未満のときにウォータポンプの作動に伴いヘッド側ウォータジャケットから排出される冷却液をラジエータに流通させずにヘッド側ウォータジャケットに戻す暖機循環経路を作り、前記冷却液が前記暖機完了温度以上になるとヘッド側ウォータジャケットから排出される冷却液をラジエータを流通させてヘッド側ウォータジャケットに戻す温調循環経路を作るための第１サーモスタットと、
冷却液が前記暖機完了温度よりも低く設定される第２設定温度未満のときにブロック側ウォータジャケットの冷却液流通を停止させる状態にして、前記冷却液が前記第２設定温度以上になるとブロック側ウォータジャケットの冷却液流通を許容させる状態にするための第２サーモスタットとを備え、
前記第２サーモスタットよりも冷却液流通方向の上流側領域には、エンジンの排気熱を回収する熱交換器が冷却液と熱交換可能に設けられている、ことを特徴とするエンジン。
請求項１に記載のエンジンにおいて、
ヘッド側ウォータジャケットの排出口と導入口とを連通連結するとともに途中にラジエータが設けられるラジエータ通路と、
このラジエータ通路においてラジエータよりもヘッド側ウォータジャケットの導入口寄りに設けられるウォータポンプと、
前記ラジエータ通路においてラジエータの上流側と下流側とに前記ラジエータをバイパスするように接続されるバイパス通路と、
前記ブロック側ウォータジャケットの導入口を前記ラジエータ通路において前記ウォータポンプの吐出側に接続するための中継路とを備え、
前記ヘッド側ウォータジャケットの排出口には前記ブロック側ウォータジャケットの冷却液排出側が接続されており、
前記第１サーモスタットは、前記ラジエータ通路において前記バイパス通路の下流側との合流部よりも前記ウォータポンプ寄りに設けられ、かつ前記合流部を流通する冷却液温度が暖機完了温度未満のときに前記ラジエータ通路を閉塞して前記暖機循環経路を作り、前記冷却液温度が前記暖機完了温度以上になると前記ラジエータ通路を開放して前記温調循環経路を作るものとされ、
前記第２サーモスタットは、前記中継路に設けられ、かつ前記中継路内の冷却液温度が前記第２設定温度未満のときに前記中継路を閉塞して、前記冷却液温度が前記第２設定温度以上になると前記中継路を開放するものとされ、
前記熱交換器は、前記中継路において前記第２サーモスタットよりもウォータポンプ寄りに設けられている、ことを特徴とするエンジン。
請求項１に記載のエンジンにおいて、
ヘッド側ウォータジャケットの排出口と導入口とを連通連結するとともに途中にラジエータが設けられるラジエータ通路と、
このラジエータ通路においてラジエータよりもヘッド側ウォータジャケットの導入口寄りに設けられるウォータポンプと、
前記ラジエータ通路においてラジエータの上流側と下流側とに前記ラジエータをバイパスするように接続されるバイパス通路と、
前記ブロック側ウォータジャケットの排出口をラジエータ通路においてヘッド側ウォータジャケットの排出口寄り位置に接続するための排出側中継路と、
前記ブロック側ウォータジャケットの導入口を前記ラジエータ通路において前記ウォータポンプの吐出側に接続するための導入側中継路とを備え、
前記第１サーモスタットは、前記ラジエータ通路において前記バイパス通路の下流側との合流部よりも前記ウォータポンプ寄りに設けられ、かつ前記合流部を流通する冷却液温度が暖機完了温度未満のときに前記ラジエータ通路を閉塞して前記暖機循環経路を作り、前記冷却液温度が前記暖機完了温度以上になると前記ラジエータ通路を開放して前記温調循環経路を作るものとされ、
前記第２サーモスタットは、前記排出側中継路に設けられ、かつ当該排出側中継路内の冷却液温度が前記第２設定温度未満のときに前記排出側中継路を閉塞して、前記冷却液温度が前記第２設定温度以上になると前記排出側中継路を開放するものとされ、
前記熱交換器は、前記排出側中継路において前記第２サーモスタットよりも前記ブロック側ウォータジャケットの排出口寄りに設けられている、ことを特徴とするエンジン。
請求項１から３のいずれか１項に記載のエンジンにおいて、
前記熱交換器はＥＧＲシステムのＥＧＲクーラとされる、ことを特徴とするエンジン。
請求項１から４のいずれか１項に記載のエンジンにおいて、
前記ウォータポンプは、クランクシャフトの回転動力で駆動される機械式とされる、ことを特徴とするエンジン。